Bioréacteurs à membrane (système MBR) pour le traitement des eaux usées

Système MBR : réacteur biologique + filtration par membrane

Les bioréacteurs à membrane, également connus sous le nom de systèmes MBR, sont des réacteurs biologiques aérobies à boues activées, qui combinent le processus de dégradation biologique, appelé "boues activées", avec la séparation solide-liquide par filtration sur membrane. Ces membranes peuvent être des fibres creuses ou des membranes plates.

Nos bioréacteurs MBR sont équipés de membranes d'ultrafiltration qui maximisent leur efficacité et leur performance pour la séparation des polluants. Grâce à cette technologie, la concentration de biomasse à l'intérieur du réacteur est beaucoup plus élevée que dans les réacteurs dotés de clarificateurs conventionnels, pouvant atteindre entre 6 000 et 12 000 mg/L.

La combinaison des membranes et du réacteur à boues activées présente les avantages suivants :

• Meilleure performance dans l'élimination de la matière organique.
• La qualité de l'eau de sortie est constante.
• Un équipement compact avec un faible encombrement.

Nos bioréacteurs à membrane sont livrés dans un système compact et sont prêts à fonctionner dès leur arrivée sur le site du client.

Configuration optionnelle

Dans les scénarios où la concentration d'azote est élevée et/ou les nitrates sont générés au-delà des limites de rejet, un système SIGMA MBR modifié avec une préchambre anoxique sera proposé. Cette configuration permet l'élimination simultanée de la DCO et de l'azote par nitrification-dénitrification.

Efficacité de la purification

Nos bioréacteurs à membrane offrent une grande efficacité pour les eaux usées domestiques et industrielles. Chaque unité est conçue en fonction des caractéristiques des eaux usées entrantes.

Le tableau suivant montre l'efficacité de l'élimination des polluants, qui est très élevée et constante.

PARAMÈTRE	ENTRÉE	EXIT	PERFORMANCE
DCO (mg/L)	<600	<40	93%
DBO (mg/L)	<300	<10	97%
MES (mg/L)	<300	<2	99%
TSK (mg/L)	<40	<10	75%
Escherichia coli (UFC/100 ml)			90-100%
Nématodes			90-100%
Legionella ssp (UFC/100 ml)			90-100%
Virus			60-90%
Huiles et graisses (mg/L)	<50	<1	98%

Quels sont les avantages d'un système MBR ?

Un bioréacteur à membrane offre de nombreux avantages par rapport aux systèmes conventionnels de traitement des eaux usées :

• L'installation d'un processus de filtration membranaire en combinaison avec un réacteur à boues activées permet d'obtenir une plus grande efficacité d'élimination des matières organiques.
• La qualité de l'eau en sortie est plus élevée et reste constante.
• Installation compacte
• Volume et espaces confinés.
• Traitement simple. La gestion du processus est simple et économique car il n'y a pas de sédimentation dans le réservoir biologique.
• Résistance aux agents oxydants
• Simplicité de fonctionnement, car l'opérateur n'a qu'à contrôler le fonctionnement de la pompe de perméat et de recirculation et les pressions de travail. Les paramètres de travail sont contrôlés par un PLC avec la possibilité de connexions à distance par MODEM.
• Stabilité et flexibilité
• Modularité
• Normalisation

Grâce à nos systèmes MBR, nous obtenons une eau traitée de très haute qualité, qui peut être réutilisée dans de nombreux processus de production industrielle.

Installation d'un système MBR

Nos bioréacteurs à membrane peuvent être installés dans des conteneurs ISO, ce qui les rend faciles à transporter, à assembler et, si nécessaire, à agrandir.

• Installation rapide plug&play
• Faible encombrement
• Il n'émet pas d'odeurs et n'attire pas les porteurs tels que les insectes.
• Des volumes élevés de marchandises
• Désinfection sans UV ni produits chimiques
• Effluent utilisable pour l'agriculture ou pour les chasses d'eau des toilettes.
• Un processus entièrement automatisé
• Possibilité d'extension modulaire

Informations techniques

Type	CAPACITÉ HYDRAULIQUE (m³/jour)	LONGUEUR (mm)	LARGEUR (mm)	HAUTEUR (mm)	BRIDE D'ENTRÉE DN	BRIDE DE SORTIE DN	UNITÉ DE MEMBRANEm2	POIDS VIDE Kg	POIDS COMPLET Kg
SMBR 50	50	11000	2150	2200	GRAVITÉ	100	60	4500	30000
SMBR 100	100	11000	2150	2200	GRAVITÉ	100	120	4500	30000
SMBR 150	150	11000	2150	2200	GRAVITÉ	100	180	4500	30000

Membranes de filtration

Nos systèmes MBR comprennent des membranes plates parallèles d'ultrafiltration de marque KUBOTA, qui sont immergées verticalement dans la chambre d'aération, à l'intérieur de la liqueur mixte.

De l'air est insufflé par le bas des membranes dans le conteneur, ce qui, d'une part, crée une surpression du milieu sur la membrane et, d'autre part, maintient la biomasse en mouvement pour empêcher la formation d'une couche de micro-organismes (terme connu sous le nom de "biofouling") qui bloque la membrane. Une pompe à perméat extrait en continu l'eau traitée à l'intérieur de la membrane.

Le film membranaire est fabriqué en polyéthylène chloré et présente une taille de pore maximale (nominale) de 0,4 μm et une taille moyenne de 0,2 μm, ce qui bloque presque tous les micro-organismes présents dans la liqueur mixte.

La configuration "plate" permet de maintenir l'espace entre les membranes dégagé et de minimiser l'accumulation de débris.

Des membranes immergées séparent la partie liquide de la partie solide. La fraction liquide est envoyée dans un réservoir de stockage tandis que les solides sont recirculés vers la zone d'aération.

Fonctionnement de nos bioréacteurs à membrane

À l'intérieur du réacteur, le système d'aération fournit de l'oxygène au milieu aqueux. Dans ces conditions, les micro-organismes dégradent et éliminent la matière organique présente dans les eaux usées. Le système d'aération, en plus de fournir de l'oxygène, permet au réacteur de maintenir des conditions de mélange homogènes.

Il est très important de ne pas introduire de graisses, d'huiles et de restes de cheveux dans ce type de réacteur, il sera donc nécessaire d'installer un prétraitement approprié pour éviter ces éléments.

Les membranes sont placées verticalement dans la chambre d'aération, immergées dans la liqueur mixte. De cette manière, la liqueur mixte (un mélange d'eau et de solides qui composent la biomasse) est directement en contact avec les membranes et la clarification est effectuée simultanément. Les membranes aspirent les eaux usées par l'intermédiaire d'une pompe centrifuge auto-amorçante.

De l'air est insufflé par le bas des membranes dans le conteneur, ce qui maintient la biomasse en mouvement et empêche la formation d'une couche de micro-organismes bloquant la membrane. Une pompe à perméat aspire en permanence l'eau purifiée dans la partie interne de la membrane.

Après la séparation solide-liquide effectuée dans les membranes, les contaminants de faible poids moléculaire sont envoyés dans un réservoir de stockage, tandis que les solides sont renvoyés (recyclés par recirculation) dans la zone d'aération.

Lors du passage des eaux usées à travers la membrane, la séparation physique de l'eau et de la biomasse a lieu :

• Le perméat, composé d'eau, de sels et de substances non biodégradables de faible poids moléculaire, quitte le système par le haut des membranes.
• Le concentré, composé de biomasse et de substances organiques de poids moléculaire plus élevé, est retenu et reste à l'intérieur du réacteur pour une nouvelle dégradation biologique.

La production de boue de ce type de réacteur est minime et nécessite des purges occasionnelles.

Dans les scénarios où la concentration d'azote est élevée et/ou les nitrates sont générés au-delà des limites de rejet, un système MBR modifié avec une préchambre anoxique sera proposé. Cette configuration permet l'élimination simultanée de la DCO et de l'azote par nitrification-dénitrification.

Importance des diffuseurs

Les diffuseurs ou systèmes d'aération sont un élément essentiel du bon fonctionnement d'un réacteur biologique. Ces systèmes permettent l'introduction d'air, et donc d'oxygène, dans le réacteur sous forme de fines bulles. Cette taille de bulle favorise la surface de contact de l'air avec la biomasse, qui utilise l'oxygène, et l'efficacité de la dégradation de la matière organique. De plus, cette injection de bulles permet une agitation homogène de la liqueur mélangée, sans perturber ou casser les micro-organismes.

Par conséquent, l'efficacité du traitement des eaux usées dépend directement de l'efficacité des diffuseurs et de leur conception et installation correctes.

Entretien et rinçage des membranes

Un entretien et un nettoyage corrects des membranes à l'intérieur du bioréacteur sont essentiels pour garantir une efficacité et des performances maximales du système MBR.

Avant de décider quel système de lavage est le plus approprié, il est important de connaître le taux et le type d'encrassement qui se produit dans le bioréacteur à membrane.

Les facteurs influençant l'encrassement sont les caractéristiques de la membrane (matériau, configuration, taille et distribution des pores), les conditions de fonctionnement (flux de perméat, flux transversal, aération et temps de rétention) et les propriétés de la biomasse (viscosité, température, oxygène dissous, propriétés des flocs, tailles, etc.)

Lavage à l'air

Ce procédé combine le rétrolavage avec un flux d'air qui est envoyé par des buses situées au centre des paquets de membranes.

Les bulles d'air se déplacent sur la surface extérieure des membranes et effectuent une action de rinçage qui élimine les solides qui se sont accumulés sur la surface de la membrane.

L'opération de filtration et de lavage de l'air est contrôlée par un ordinateur, dans lequel sont programmés des temps de cycle prédéterminés. Ce processus de pression/dépression est surveillé et contrôlé dans le système à membrane. 

Lavage chimique

Avec le temps, la matière organique et la biomasse s'accumulent dans les pores et sur les surfaces extérieures des membranes, ce qui nécessite un nettoyage plus approfondi.

Ceci est réalisé par un lavage chimique dans lequel les membranes sont lavées à contre-courant, ou immergées dans une solution de nettoyage contenant une solution de chlore dissous, d'acide citrique, de soude caustique ou de détergent.

Ce nettoyage en profondeur est configuré en fonction des conditions d'exploitation dans chaque cas spécifique.

Nous proposons un système de lavage in-situ, qui est fourni avec l'installation elle-même pour permettre un lavage automatique dans l'installation elle-même sans qu'il soit nécessaire de retirer les modules de membrane du réservoir.

La boue ou les boues résiduelles issues du processus de nettoyage sont envoyées hors de l'équipement pour une élimination finale.

Applications des bioréacteurs MBR

Les applications des bioréacteurs à membrane sont très vastes. Chez Sigmadaf, nous avons réalisé des installations dans une grande variété d'industries, ainsi que dans des applications plus spéciales :

• Procédés industriels
• Eaux municipales
• Camps militaires et missions humanitaires
• Hôtels et centres de villégiature
• Bâtiments tels que les hôpitaux ou les centres commerciaux

Caractéristiques

• Capacité : 200 - 500 habitants
• Poids : moins de 1,2 tonne
• Transportable par hélicoptère